[發明專利]一種基于陣列不變量的水面水下聲源二元判別方法在審
| 申請號： | 202011152819.1 | 申請日： | 2020-10-26 |
| 公開（公告）號： | CN112305502A | 公開（公告）日： | 2021-02-02 |
| 發明（設計）人： | 楊坤德;于喜鳳;李輝;徐哲臻 | 申請（專利權）人： | 西北工業大學 |
| 主分類號： | G01S5/20 | 分類號： | G01S5/20 |
| 代理公司： | 西北工業大學專利中心 61204 | 代理人： | 金鳳 |
| 地址： | 710072 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 陣列 不變量 水面 水下 聲源 二元 判別 方法 | ||
本發明公開了一種基于陣列不變量的水面水下聲源二元判別方法，首先將水聽器垂直陣置于淺海負躍層以下，接收距離已知的靜止聲源發射的信號，對接收信號的到達角和時延進行處理獲得陣列不變量值，進而利用波導不變量與陣列不變量之間的關系估計波導不變量值，最后根據波導不變量值對目標聲源深度進行分類。相比于現有的水面水下目標分類方法，本發明所提方法針對靜止聲源，對信號波形無要求，適用范圍廣泛；不需要環境先驗參數信息，計算量較小，易于實現，能夠充分利用陣列增益。
技術領域
本發明屬于信號處理領域，具體涉及一種聲源判別方法。
背景技術
水下聲源深度分類是水聲學的重點和難點問題。目標的深度信息是目標識別的一個重要方面，如何有效且準確地識別水面和水下目標一直以來都是一項關鍵技術，現有水下聲源深度分類方法的特點闡述如下：
(1)在淺海，常用匹配場處理算法估計目標深度，選擇已知的環境參數作為傳播模型的輸入參數進行聲場建模，選定感興趣掃描區域并劃分網格，并對落在網格點上的假定聲源進行聲場計算，得到接收陣位置處的拷貝聲場。利用匹配場算法對實際測得的聲場與建模獲得的聲場做相關處理，得到輸出模糊度平面，無失配情況下，在真實目標位置處出現相關峰值，以此估計目標深度。
(2)針對水面目標和水下目標的二元判別，常利用不同深度聲源激發水中模態的差異性判別聲源深度。聲信號可以表示為若干個簡正波之和，簡正波模式的階數，幅度與目標聲源、接收器的深度等有著密切的關系，不同深度的聲源激發的各聲音號簡正波的能量不同。通過分離比較低階簡正波和高階簡正波能量，而后進行深度判別，例如模態閃爍指數二值判別法、波導變量值深度判別法。
但是在實際應用中，上述方法往往受到水平陣孔徑的限制，或需要較為精確的海洋環境信息，計算量較大，水面水下聲源深度判別依舊缺乏簡單可靠的手段。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于陣列不變量的水面水下聲源二元判別方法，首先將水聽器垂直陣置于淺海負躍層以下，接收距離已知的靜止聲源發射的信號，對接收信號的到達角和時延進行處理獲得陣列不變量值，進而利用波導不變量與陣列不變量之間的關系估計波導不變量值，最后根據波導不變量值對目標聲源深度進行分類。相比于現有的水面水下目標分類方法，本發明所提方法針對靜止聲源，對信號波形無要求，適用范圍廣泛；不需要環境先驗參數信息，計算量較小，易于實現，能夠充分利用陣列增益。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：
步驟1：假設垂直陣列是由N個基元組成的均勻直線陣列，陣元間距為d，信號到達角度有M個，相鄰陣元間距小于接收信號波長的一半，則垂直陣列接收到的信號表示為：
X(t)＝[x1(t),x2(t),…,xk(t),…,xN(t)] (1)
式中，xk(t)表示每個基元對應的接收信號，k＝1,2,…,N；每個信號到達角度分別對應一段信號，總共有M段信號，每段接收信號表示為一個N×L的矩陣，L為接收信號的快拍數；經過常規波束形成后獲得每段信號的到達角θm，m＝1,2,…,M，及與到達角相對應的到達時間tm；
步驟2：令sm＝sinθm，則sm和tm滿足下列方程：
其中χv表示垂直陣列不變量；
利用式(2)對sm和tm曲線擬合，得到χv值；
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